technikai adatok
DESCRIPTION
2. el őadás Programegység, fordítási egység, könyvtári egység, beágyazás, blokkszerkezet, alprogramok, csomagok. Technikai Adatok. Elérehetőség : aszt.inf.elte.hu /~szilagyi / szilagyi@ aszt.inf.elte.hu Fogadó óra: hétfő 10-12 2.620 szoba. Bemelegítés. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
2. előadásProgramegység, fordítási egység, könyvtári egység, beágyazás, blokkszerkezet, alprogramok, csomagok
Technikai Adatok
Elérehetőség:• aszt.inf.elte.hu/~szilagyi/• [email protected]
Fogadó óra:
hétfő 10-12 2.620 szoba
Bemelegítés
Példa 4.: tizfaktor1.adb (FOR, ALAPVETŐ INPUT / OUTPUT)
Írjunk programot n! kiszámítására, ahol n a felhasználótól bekért egész szám.
with Ada.Integer_Text_IO;
procedure Tizfaktor1 is
N : Integer;
Fakt : Integer := 1;
begin
Ada.Integer_Text_IO.Get( N );
for I in 1..N loop
Fakt := Fakt * I;
end loop;
Ada.Integer_Text_IO.Put( Fakt );
end Tizfaktor1;
Szintaxis és szemantika
A nyelv szintaxisa azoknak a szabályoknak az összessége, amelyek az adott nyelven írható összes lehetséges, formailag helyes programot (jelsorozatot) definiálják.
A nyelv szemantikája az adott nyelv programjainak jelentését leíró szabályok összessége.
A szabályok ellenőrzése
A fordítóprogram végzi Fordítási hibák
– lexikai, szintaktikus, statikus szemantikai– például típushelyesség
Futási hibák– dinamikus szemantikai
A professzionális programfejlesztéshez:– minél előbb derüljön ki (inkább fordításkor)– szigorú nyelv (pl. erősen típusos)
Interpreter és fordítóprogram
Az interpreter egy utasítás lefordítása után azonnal végrehajtja azt
a fordítóprogram átalakítja a programot egy vele ekvivalens formára; ez lehet a számítógép által közvetlenül végrehajtható forma, vagy lehet egy másik programozási nyelv
Előnyök, hátrányok
Az interpreter esetében közvetlenebb a kapcsolat a programozó és a program között– gyorsabb, egyszerűbb visszajelzés– általában kísérletezésre (pl. fejlesztésre) használható– gyakran pontosabb üzenetek a futási hibákról
A lefordított programok „hatékonyabban futnak”– egyszer kell fordítani, sokszor lehet futtatni– az ellenőrzéseket csak egyszer kell megcsinálni
Fordítás:
Forrásprogram
Fordítóprogram
Tárgykód
Fordításihibák
Virtuális gép
Java A forráskódot lefordítjuk egy univerzális
tárgykódra (Java: bájtkód) Ez a tárgykód egy virtuális számítógép által
végrehajtható forma A virtuális számítógép lényegében egy
interpreter, de nem „forráskódot” értelmez, hanem ezt a „tárgykódot”
Fordításkor:
A lefordítandó program a forrásprogram. A fordítás eredményeként kapott
program a tárgyprogram. Az az idő, amikor az utasítások fordítása
folyik, a fordítási idő. Az az idő, amikor az utasítások
végrehajtása folyik, a végrehajtási idő.
Fordítási egység
Fordítási egység vagy modul: a nyelvnek az az egysége, ami a fordítóprogram egyszeri lefuttatásával, a program többi részétől elkülönülten lefordítható.
Több modulból álló programok esetében a fordítás és a végrehajtás között: a program összeszerkesztése.
FORTRAN
Szerkesztés:
Futtathatóprogram
Szerkesztőprogram
Tárgykód
Szerkesztésihibák
Tárgykód
Tárgykód
A szerkesztési idő
Általában a fordítással „egyidőben”– közvetlenül a fordítás után– futtatható program– static time
Futási/végrehajtási időben (dynamic time)
– nem feltétlenül kerül be minden a futtatható programba (dll, so)
Futási idő
A program betöltődik a memóriába Relatív címek feloldása Tényleges programvégrehajtás
Dinamikus szerkesztés
A statikus és a dinamikus szerkesztés előnyei Statikus
– csak egyszer kell megcsinálni, nem minden futtatáskor Dinamikus
– megoszthatók nagy könyvtárak a programok között, kisebb méretű futtatott programok
– csak az szerkesztődik be, amire szükség van– ez esetleg mégis csökkenti a végrehajtási időt– verziókhoz könnyebben alkalmazkodó program– gyakori futási hiba (könyvtár hiánya vagy rossz
verziója miatt)
Forrásszöveg átalakítása Forrásszövegből forrásszöveget csinál Például a C/C++ előfordító:
#include
#define
#if, #else, #endif
#ifdef, #ifndef, #undef (feltételes fordítás)
Előfordító
Programegység és fordítási egység
A programegység egy részfeladatot megoldó, tehát funkcionálisan összefüggő programrész.
A fordítási egység egy önállóan kezelhető, tehát viszonylag zárt egység.– nem csak logikailag, hanem technikailag is
darabolható a program– könyvtárak: újrafelhasználhatóság
Fordítási egység a C/C++ nyelvekben
Amit az előfordító előállít egy forrásfájlból– más forrásfájlok beillesztése– makrók feldolgozása
Tipikusan: egy .c, illetve .cpp fájlba bekerülnek a hivatkozott (#include) fejállományok
Globális változók, függvények, osztálydefiníciók, sablondefiníciók sorozata
Fordítási egység az Adában (1)
Például a főprogram Egy (paraméter nélküli) eljárás + a használt
könyvtárak megnevezése (with utasítás)
with Text_IO;procedure Hello isbegin Text_IO.Put_Line("Hello");end Hello;
Fordítási egység az Adában (2)
Általában is lehet egy alprogram programegység definíciója a kapcsolatok megadásával
with Ada.Text_IO; function Négyzet( N: Integer )
procedure Kiír( S: Strig ) is return Natural isbegin begin Text_IO.Put_Line(S); return N ** 2;end Kiír; end Négyzet;
Program több fordítási egységből
function Négyzet( N: Integer ) return Integer isbegin return N ** 2;end Négyzet;
with Ada.Integer_Text_IO, Négyzet;procedure Kilenc isbegin
Ada.Integer_Text_IO.Put( Négyzet(3) );end Kilenc;
Program több fordítási egységből
function Négyzet( N: Integer ) return Integer isbegin return N ** 2;end Négyzet;
with Ada.Integer_Text_IO; with Négyzet;procedure Kilenc isbegin
Ada.Integer_Text_IO.Put( Négyzet(3) );end Kilenc;
Fordítási egységek kapcsolatai
Ada: with utasítás– a fordító ellenőrzi, mit, hogyan használunk– például a használt alprogram paraméterezése
C++: ?– közösen használt fejállományok– csúf szerkesztési hibák– könnyebb hibát véteni
Más nyelvek: export/import lista
A programegységek részei
a specifikáció tartalmazza azt az információt, ami más egységek felé látható kell legyen – hogyan kell használni
a törzs tartalmazza az implementációs részleteket: ez rejtett más programegységek felé– hogyan működik
with Text_IO;
procedure Hello isbegin
Text_IO.Put_Line("Hello");end Hello;
specifikáció
törzs
A programegységek részei: példa
Csomag programegység
Logikailag kapcsolatban álló entitások (alprogramok, típusok, konstansok és változók) gyűjteményeit definiálják
Bonyolultabb, mint az alprogram
Alprogram: végrehajtjukCsomag: a komponenseit használjuk
Csomag specifikációja és törzse
a.adspackage A is
…
end A;
a.adbpackage body A is
…
end A;
Csomag specifikációja
Nem tartalmaz implementációkat (törzseket) Például: alprogramdeklaráció
package Ada.Text_IO is
…
procedure Put_Line( Item: in String ) ;
…
end Ada.Text_IO;
Csomag törzse
Implementációkat (törzseket) is tartalmazhat
package body Ada.Text_IO is … procedure Put_Line( Item: in String ) is
… end Put_Line; …
end Ada.Text_IO;
Csomagok különálló fordítása
A specifikációja és a törzse is külön-külön fordítható
Egy külön fordított csomag két fordítási egységet tesz majd ki (!)
Ilyenek lesznek a sablonok is Az alprogramoknál egy fordítási egység van
Csomag: specifikáció és törzs külön fordítható
A csomagokat használó programegységek fejlesztéséhez elég a csomag specifikációja– párhuzamos fejlesztés, team-munka– interfészek
A GNAT specialitásai
Minden fordítási egységet külön fájlba kell írni– a fájl neve megegyezik a programegység
nevével
Csomag specifikációja: .ads Csomag törzse (body): .adb Alprogram: .adb
Könyvtári egység
Külön fordított programegység Az Adában: 1 vagy 2 fordítási egység
– pl. alprogram versus csomag Újrafelhasználhatóság Szabványos könyvtárak, saját könyvtárak
Csomag (helyett) más nyelvekben
C++: osztály, névtér Java: osztály/interfész, csomag Modula-2, Clean: modul
A use utasítás
Csomag használata: a komponenseit használjuk
Minősített névvelText_IO.Put_Line("Hello");
A minősítés elhagyható, ha:use Text_IO;
Csak csomagra alkalmazható– Pascal with utasítása: rekordok komponenseit
use utasítás nélkül
with Text_IO;
procedure Hello is
begin
Text_IO.Put_Line("Hello");
end Hello;
use utasítással
with Text_IO;
use Text_IO;
procedure Hello is
begin
Put_Line("Hello");
end Hello;
Más nyelvekben use-szerű
C++: using namespace
Java: import
Programegység beágyazása
Ha nem akarom külön fordítani a használt programegységet
Vagy könyvtári egységet csinálok a programegységből, vagy beágyazom
Ada: bármilyen programegységet bármilyen programegységbe
ALGOL 60 (blokkszerkezetes nyelv)
Programegység beágyazása: példa
with Ada.Integer_Text_IO;
procedure Kilenc is
function Négyzet( N: Integer ) return Integer is
begin
return N ** 2;
end Négyzet;
begin
Ada.Integer_Text_IO.Put( Négyzet(3) );
end Kilenc;
Blokk utasítások egymásba ágyazása
declare
…
begin
…
declare … begin … end;
…
end;
Beágyazás a C++ nyelvben
Blokk utasítások: { … { … } … } Programegységeknél: osztályba függvény
class A { int f( void ){ return 1; } }; Osztályba osztály Függvénybe függvény nem ágyazható
– Nem nevezzük blokkszerkezetesnek
C, Java stb.
Mire jó a beágyazás?
Ha egy programegység hatókörét szűkre akarjuk szabni– lokális, nem globális
Speciális, nem akarjuk újrafelhasználhatóvá tenni– logikai indok– olvashatóság– egységbe zárás– bonyolultság kezelése
Hatékonysággal kapcsolatos indokok
Alprogram
Programegység Végrehajtás kezdeményezése: meghívással
– vannak más „hívható egységek” is... Eljárás és függvény
C jellegű nyelvek: csak „függvény”– esetleg void visszatérési értékkel
Eljárások és függvények
Az eljárások általában a változók által kifeszített téren (állapottéren) vagy a program környezetén elvégzendő transzformációkat adnak meg.
A függvények valamilyen értéket állítanak elő, de transzformációt nem végeznek. Sem a program változóinak értékére, sem a program környezetére nincsenek semmilyen hatással: a függvényeknek nincs mellékhatásuk. (Elméletben!)
function Faktoriális ( N: Natural ) return Positive is Fakt: Positive := 1;begin for I in 1..N loop Fakt := Fakt * I; end loop; return Fakt;end Faktoriális;
Ada függvény
procedure Cserél ( A, B: in out Integer ) is
Temp: Integer := A;
begin A := B; B := Temp;end Cserél;
Ada eljárás
Eljárás végrehajtása: utasítás.Eljárás neve: ige.
Egyenest_Rajzol(Kezdôpont,Végpont);
Függvény végrehajtása: kifejezés értékének meghatározása.
Függvény neve: főnév vagy melléknév.
if Elemek_Száma(Halmaz) > 0 then ...
Névválasztás
Paraméterek, visszatérési érték
Információ átadása / átvétele alprogramhívásnál:– paramétereken keresztül– visszatérési értéken keresztül– nem-lokális változón keresztül
Paramétereknél: az információ áramlása– Merre: a paraméterek módja (Ada)– Hogyan: a paraméterátadás technikája
(paraméterátadás módja) Alprogram hívásakor a formális paramétereknek aktuális paramétereket feleltetünk meg.
function Faktoriális ( N: Natural ) return Positive is Fakt: Positive := 1;begin for I in 1..N loop Fakt := Fakt * I; end loop; return Fakt;end Faktoriális;
L_Alatt_K := Faktoriális(L) / ( Faktoriális(K) * Faktoriális(L-K)
)
Aktuális és formális paraméter
A függvények visszatérési értékét és annak típusát a return kulcsszó után kell megadni.
A típusra nincs megkötés A függvénynek tartalmaznia kell (egy vagy több)
return utasítást is. (Program_Error, ha nem azzal ér véget!)
Paraméter nélküli return utasítás eljárásokban is állhat: hatására az eljárás véget ér.
Visszatérés: return
Formális paraméterlista
procedure Szia_Világ
function Maximum ( X: Integer; Y: Integer ) return Integer
function Maximum ( X, Y: Integer ) return Integer
procedure Cserél ( A, B: in out Integer )
Az aktuális és a formális paraméter típusának meg kell egyeznie– fordítás közben ellenőrzött
Paraméterátadáskor ellenőrzésre kerül az is, hogy az átadott értékek megfelelnek-e az altípus-megszorításoknak.– futási időben ellenőrzött
Paraméterek típusa
A paraméterek módja
Az a paraméter, amit in módúnak definiálunk, az alprogramba juttat információt a hívóból.
Az out módú paraméterek ezzel szemben azért vannak, hogy az alprogramban kiszámolt értéket a hívónak át tudjuk adni.
Végül vannak az in out módú paraméterek: híváskor információt adnak az alprogramnak a hívótól, majd az alprogram befejeződésekor információt adnak a hívónak az alprogramtól.
hívott hívó
hívó
hívó
hívott
hívott
Példák
procedure Put ( Item: in Integer )
procedure Közös ( A, B: in Positive; Lnko, Lkkt: out
Positive)
procedure Cserél ( A, B: in out Integer )
Mit lehet tenni velük
Egy in típusú formális paraméternek nem adhatunk értéket, csak olvashatjuk.
Egy out módú paramétert lehet írni, és ha már kapott valamilyen értéket az alprogramon belül, lehet olvasni is.
Egy in out módú paraméter értékét olvashatjuk és írhatjuk is.
procedure E ( Vi: in Integer; Vo: out Integer; Vio: in out Integer ) is
begin Vio := Vi + Vo; -- helytelen, Vo-t nem olvashatjuk Vi := Vio; -- helytelen, Vi-t nem írhatjuk Vo := Vi; -- helyes Vo := 2*Vo+Vio; -- helyes, Vo már kapott értéketend E;
Például:
procedure Közös ( A, B: in Positive; Lnko, Lkkt: out Positive ) is
X: Positive := A; Y: Positive := B;begin while X /= Y loop if X > Y then X := X - Y; else Y := Y - X; end if; end loop; Lnko := X; Lkkt := A * B / Lnko;end Közös;
Helyes
procedure Közös ( A, B: in out Positive;
Lnko, Lkkt: out Positive ) isbegin Lkkt := A * B; while A /= B loop if A > B then A := A - B; else B := B - A; end if; end loop; Lnko := A; Lkkt := Lkkt / Lnko;end Közös;
Helytelen
Mi lehet aktuális paraméter:
Egy in paraméternek átadhatunk egy tetszőleges kifejezést (például egy változót is): a kifejezés értéke lesz az aktuális paraméter.
Egy out vagy in out paraméterként viszont csak egy „balértéket” (pl. változót) adhatunk át: ebbe a balértékbe kerül majd az alprogram által kiszámított érték (illetve in out mód esetén ez a balérték tartalmazza a bemenő paraméterértéket is).
Hívások
Közös(A,A+42,X,Y); -- helyes
Közös(Faktoriális(5),42,X,Y); -- helyes
Közös(30,12,20,10); -- helytelen
Cserél(X,Y); -- helyes
Cserél(2,6); -- helytelen
Paraméter alapértelmezett módja: in
procedure Egyenest_Rajzol ( Kezdôpont, Végpont: Pont )
Mindkét paraméter in módú Eljárásoknál inkább írjuk ki...
Függvényparaméterek módja
Függvények formális paramétere csak in módú lehet!
Csak számoljon ki egy értéket, és adja vissza…
Nem is szoktuk kiírni az in szócskát...
Rekurzió
Közvetlenül vagy közvetve önmagát hívó alprogram
A ciklussal „egyenértékű”
function Faktoriális ( N: Natural ) return Positive isbegin if N > 1 then return N * Faktoriális(N-1); else return 1; end if;end Faktoriális;